JP2014025430A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン10の排気通路15に設けられ、排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する触媒9と、排気の空燃比をリッチ方向及びリーン方向に周期的に変化させる短周期制御を実施する短周期制御手段5とを備える。
また、短周期制御による窒素酸化物の浄化率が所定浄化率未満であるときに、短周期制御よりもリッチ期間を延長して空燃比を周期的に変化させる回復制御を実施する回復制御手段6を備える。
【選択図】図1
Description
また、この排気浄化装置は、前記短周期制御による前記窒素酸化物の浄化率が所定浄化率未満であるときに、前記短周期制御よりもリッチ期間を延長して前記空燃比を周期的に変化させる回復制御を実施する回復制御手段を備える。
また、前記短周期制御でのリッチ期間(空燃比がリッチである還元雰囲気の期間),リーン期間(空燃比がリーンである酸化雰囲気の期間)をそれぞれR1,L1とおき、前記回復制御でのリッチ期間,リーン期間をそれぞれR2,L2とおくと、以下の範囲でそれぞれの期間を設定することが好ましい。10≦R1≦300 [ms]、0.5≦L1≦3.0 [s]、R1<R2、L1<L2。
少なくとも、以下の不等式が成立するようにそれぞれの期間を設定することが好ましい。R1+L1<R2+L2。
触媒温度が高温になると硝酸塩が熱解離又は溶融しやすくなり、触媒への吸蔵量が減少する。一方、触媒温度が高温であっても、触媒に対する窒素酸化物の吸着作用は微量ながら継続する。したがって、触媒に吸着した窒素酸化物を短周期で浄化することで、窒素酸化物の浄化率が向上する。
この触媒温度領域は、窒素酸化物の触媒への吸蔵率が最大となる温度よりも高温の温度領域に含まれ、かつ、触媒耐熱温度よりも低温の温度領域に含まれる。具体的には、この触媒温度領域が400〜650[℃]の間で設定されることが好ましい。なお、硝酸塩の一つである硝酸バリウムは融点が約592[℃]であり、融点付近で酸化して分解される。
(4)また、前記回復制御手段が、前記回復制御中の平均空燃比をストイキ又はリッチに維持することが好ましい。ここでいうストイキとは、触媒の下流側での平均酸素濃度が少なくとも1[%]以下となる程度の空燃比であり、厳密には理論空燃比よりも若干リーン寄りの空燃比(スライトリーン)を含むものとする。つまり、前記回復制御手段は、少なくとも、前記触媒の下流側での平均酸素濃度が1[%]以下となる程度の平均空燃比を維持することが好ましい。
例えば、前記温度が高いほど前記リーン期間を延長し、前記温度が低いほど前記リーン期間を短縮することが好ましい。少なくとも、前記温度が前記触媒の耐熱温度を超えないように前記リーン期間を設定することが好ましい。
(7)また、前記回復制御手段が、前記短周期制御の実施時間に基づき、前記浄化率を判断することが好ましい。
本実施形態の排気浄化装置(排気浄化システム)は、車両に搭載されたディーゼルエンジン10の排気を浄化するものとして適用される。図1では、このエンジン10に設けられた複数のシリンダー11(気筒)のうちの一つを示す。シリンダー11の上部には、燃料噴射用のインジェクター14(燃料噴射弁)が設けられる。インジェクター14の先端部は燃焼室13に向けて設けられ、各シリンダー11内に直接的に燃料を噴射する。
制御装置1は、排気温度センサー16で検出された排気温度Gや、NOxセンサー17で検出されたNOx濃度等に基づき、排気通路15内の排気の空燃比を制御するものである。本実施形態では、インジェクター14及び排気管内インジェクター7の少なくとも何れか一方から噴射される燃料量及び燃料噴射タイミングを調節することで、排気の空燃比が制御される。
制御装置1は、通常NOxパージ制御,短周期NOxパージ制御,回復制御の三種類の制御を実施する。
通常NOxパージ制御(通常制御)とは、排気の空燃比をリッチ方向及びリーン方向に周期的に変化させて、NOxトラップ触媒9へのNOx吸蔵操作とそのNOxの還元操作とを繰り返し実施する制御である。この通常NOxパージ制御では、図2(a)に示すように、目標空燃比がリーンの値AF1とされるリーン期間がL0に設定されるとともに、目標空燃比がリッチの値AF2とされるリッチ期間がR0に設定される。リーン期間L0及びリッチ期間R0の平均目標空燃比(平均空燃比)はリーンである。具体的には、リーン期間L0が数十秒〜数百秒程度(例えば30秒)に設定され、リッチ期間R0がリーン期間L0の1/10〜1/100程度(例えば1.5秒)に設定される。
短周期NOxパージ制御(短周期制御)とは、通常NOxパージ制御よりも短周期で空燃比を変化させて、NOxトラップ触媒9へのNOx吸着操作とそのNOxの還元操作とを繰り返し実施する制御である。つまり、短周期NOxパージ制御では、NOxの吸蔵材への吸蔵作用だけでなく、NOxトラップ触媒の表面への吸着作用を利用してNOxが還元浄化される。
回復制御とは、図7(b)に示すような短周期NOxパージ制御とNOx浄化率との相関を踏まえて、NOxトラップ触媒9の性能を回復させる制御であり、短周期NOxパージ制御よりもリッチ期間を延長して空燃比を周期的に変化させる制御である。回復制御時の平均目標空燃比(平均空燃比)は、NOxトラップ触媒9の近傍で還元雰囲気が維持される空燃比とされ、具体的にはストイキ又はリッチ、好ましくはリッチとされる。ここでいうストイキとは、NOxトラップ触媒9の上流側又は下流側での平均酸素濃度が少なくとも1.0[%]以下となる空燃比であり、厳密には理論空燃比よりも若干リーン寄りの空燃比(スライトリーン)を含む。
リッチ期間:R1<R2 、R1<R0
リーン期間:L1<L2 、L1<L0
上記の三種類の制御を実施すべく、制御装置1には、触媒温度演算部2,浄化率演算部3,通常制御部4,短周期制御部5及び回復制御部6が設けられる(図1参照)。これらの各要素は、電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
第一の手法は、NOxセンサー17で検出された排気中のNOx濃度に基づいてNOx浄化率Eを演算するものである。この場合、まずNOxセンサー17の検出情報からNOxトラップ触媒9に流入する排気中のNOx濃度推定値が演算される。続いて、このNOx濃度推定値とNOxセンサー17で検出されたNOx濃度との濃度差に相当するNOxがNOxトラップ触媒9で浄化されたものとみなされ、NOx濃度推定値に対する濃度差の割合がNOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eとして演算される。
図4,図5はそれぞれ、制御装置1で実施される通常NOxパージ制御,短周期NOxパージ制御及び回復制御の実施条件の判定に係る手順を例示するフローチャートである。これらのフローは、予め設定された所定周期(例えば、数秒以下のサイクル)で繰り返し実施される。
図4は、NOxセンサー17で検出されたNOx濃度に基づいて演算されたNOx浄化率Eを用いて、回復制御の実施条件を判定する場合のフローチャートである。本フロー中の記号Fは回復制御の実施フラグであり、回復制御の実施中にF=1に設定され、非実施中にF=0に設定されるものである。フラグFの初期値はF=0である。
一方、ステップA40では、フラグFがF=0であるか否かが判定される。ここで、回復制御の実施中でないとき(F=0であるとき)にはステップA50に進み、回復制御の実施中(F=1であるとき)にはステップA60に進む。
図5は、短周期NOxパージ制御,回復制御のそれぞれの実施時間に基づいて判断されたNOx浄化率Eを用いて、これらの制御を切り換える場合のフローチャートである。本フロー中の記号A,Bはそれぞれ、短周期NOxパージ制御の累積実施時間,回復制御の累積実施時間に対応する変数であり、これらの初期値はともに0である。
車両走行時における上記の排気浄化装置の制御作用を説明する。図6(a)〜(e)は、NOx浄化率Eを用いて回復制御の実施条件を判定する(図4に示すフローチャートを実施する)排気浄化装置の制御作用を示すものである。
短周期NOxパージ制御を長時間継続すると、図7(b)に示すように、NOx浄化率Eが低下する。時刻t2にNOx浄化率Eが閾値ETH1以下になると回復制御の実施条件が成立し、図6(d)に示すように、実施フラグFがF=1に設定されて、回復制御部6で回復制御が実施される。
時刻t3にNOx浄化率Eが閾値ETH2を超えるまで回復すると、回復制御の実施条件が不成立となり、実施フラグFがF=0に設定される。このとき、触媒温度Tがまだ所定温度TTHを超えた状態であれば短周期NOxパージ制御の実施条件が再び成立し、短周期制御部5で短周期NOxパージ制御が実施される。
(1)上記の排気浄化装置では、短周期NOxパージ制御を実施することにより、NOxトラップ触媒9に吸着したNOxを少量単位で浄化することができ、良好なNOx浄化率Eを確保することができる。また、短周期NOxパージ制御の継続時間が増加してNOx浄化率Eが低下したときには、回復制御が実施される。これにより、NOxトラップ触媒9でNOxを還元しつつNOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eを回復させることができ、高い浄化性能を維持することができる。
これにより、回復制御中におけるNOxトラップ触媒9の過昇温を抑制しながら、NOx浄化率Eを回復させることができる。特に、回復制御では短周期NOxパージ制御時よりも平均目標空燃比がリッチ寄りに制御されるため、排気温度Gが上昇しやすく過昇温が発生しやすい。一方、上記の排気浄化装置では回復制御中の過昇温が抑制されるため、図6(a)に示すように、触媒温度Tが所定温度TTHを僅かに超えた状態でほぼ一定に維持することが容易となる。
上述の実施形態では、排気通路15上に酸化触媒8とNOxトラップ触媒9とを備えたエンジン10を例示したが、上記の通常NOxパージ制御,短周期NOxパージ制御及び回復制御を実施する上では、酸化触媒8を省略することも可能である。少なくとも、排気中のNOxを酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する機能を持った触媒が排気通路15上に設けられたエンジン10であれば、上記の排気浄化装置を適用することが可能である。なお、排気通路15上にディーゼルパティキュレートフィルターや燃料成分のトラップ触媒等が設けられたエンジン10に対して、上記の排気浄化装置を適用することも可能である。
また、上述の実施形態で説明した具体的な装置構成に関しても、種々変形して実施することが考えられる。例えば、排気温度センサー16やNOxセンサー17を省略し、エンジン10の運転状態に対応する各種パラメーターに基づいて触媒温度Tや排気温度G,NOx濃度,NOx浄化率Eを推定する演算構成としてもよい。あるいは、これらのセンサー類の配設位置を変更してもよい。
2 触媒温度演算部
3 浄化率演算部
4 通常制御部(通常制御手段)
5 短周期制御部(短周期制御手段)
6 回復制御部(回復制御手段)
9 NOxトラップ触媒(触媒)
10 エンジン
Claims (7)
- エンジンの排気通路に設けられ、排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する触媒と、
前記排気の空燃比をリッチ方向及びリーン方向に周期的に変化させる短周期制御を実施する短周期制御手段と、
前記短周期制御による前記窒素酸化物の浄化率が所定浄化率未満であるときに、前記短周期制御よりもリッチ期間を延長して前記空燃比を周期的に変化させる回復制御を実施する回復制御手段と
を備えたことを特徴とする、排気浄化装置。 - 前記短周期制御手段は、前記窒素酸化物の前記触媒への吸蔵率が所定率未満となる触媒温度領域において前記短周期制御を実施する
ことを特徴とする、請求項1記載の排気浄化装置。 - 前記短周期制御手段が、前記短周期制御中の平均空燃比をリーンに維持する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の排気浄化装置。 - 前記回復制御手段が、前記回復制御中の平均空燃比をストイキ又はリッチに維持する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記回復制御手段が、前記触媒の温度に応じて前記回復制御でのリーン期間を設定する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記回復制御手段が、前記触媒の下流側における前記窒素酸化物の濃度に基づき、前記浄化率を判断する
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の排気浄化装置。 - 前記回復制御手段が、前記短周期制御の実施時間に基づき、前記浄化率を判断する
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の排気浄化装置。
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JP2016084752A (ja) * | 2014-10-27 | 2016-05-19 | いすゞ自動車株式会社 | 排気浄化システム |
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- 2012-07-27 JP JP2012167015A patent/JP2014025430A/ja active Pending
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